Nat. Chem. Biol. | 對(duì)LOX介導(dǎo)的組織重塑進(jìn)行靶向和成像

昵稱(chēng)32772025 2021-07-19

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大家好，本周為大家介紹一篇發(fā)表在Nature Chemical Biology上的文章“Imaging and targeting LOX-mediated tissue remodeling with a reactive collagen peptide”。文章通訊作者是來(lái)自蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的Helma Wennemers教授，其課題組主要研究方向是利用有機(jī)合成來(lái)應(yīng)對(duì)不對(duì)稱(chēng)催化、化學(xué)生物學(xué)和新材料方面的挑戰(zhàn)。本文中，他們開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)用于同時(shí)成像和選擇性靶向組織中LOX介導(dǎo)的膠原蛋白交聯(lián)的技術(shù)。

膠原蛋白是哺乳動(dòng)物細(xì)胞外基質(zhì)(Extracellular Matrix, ECM)的主要成分，對(duì)結(jié)締組織的強(qiáng)度和穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)是不可或缺的。在膠原成熟過(guò)程中，賴(lài)氨酰氧化酶(Lysyl Oxidases, LOX)啟動(dòng)了纖維的交聯(lián)。端肽上的賴(lài)氨酸殘基被 LOX 轉(zhuǎn)化為醛賴(lài)氨酸，與其他賴(lài)氨酸或活性氨基酸殘基反應(yīng)，并在膠原蛋白中產(chǎn)生交聯(lián)。LOX的活性異常與組織纖維化、惡性疾病中的組織功能受損相關(guān)。雖然在健康和病變組織中觀察和定位這一動(dòng)態(tài)過(guò)程很重要，但此前研究中并未能實(shí)現(xiàn)。在這里，作者提出了一種同時(shí)監(jiān)測(cè)和靶向LOX介導(dǎo)的膠原交聯(lián)的探針，該探針將LOX活性傳感器與膠原肽結(jié)合，化學(xué)選擇性地靶向LOX產(chǎn)生的內(nèi)源性醛。探針共價(jià)錨定后，在體內(nèi)原位地對(duì)活性LOX感應(yīng)發(fā)光。

作者首先開(kāi)發(fā)出了反映LOX活性的熒光傳感器。該基團(tuán)在LOX催化下結(jié)構(gòu)變化，熒光活性可被激發(fā)，并具有良好的水溶性，可連接在膠原蛋白肽上。同時(shí)，該肽上帶有氨氧基，可以和LOX產(chǎn)生的醛基形成共價(jià)鍵，進(jìn)而連接在交聯(lián)組織中。交聯(lián)完成后，組織附近的活性LOX即可活化熒光傳感器部分而激活發(fā)光信號(hào)。

該探針可以用于監(jiān)測(cè)LOX在組織中的活性。作者首先在組織樣品中驗(yàn)證了熒光基團(tuán)其對(duì)LOX活性的響應(yīng)后，使用了連有膠原蛋白肽的全探針對(duì)LOX進(jìn)行了體內(nèi)成像，并選出了結(jié)構(gòu)最優(yōu)的探針CMP4。通過(guò)皮內(nèi)注射將探針注入成年小鼠中，他們發(fā)現(xiàn)，用CMP 4處理的組織顯微圖像顯示未掩蔽染料的明亮熒光，來(lái)自激活探針的藍(lán)色熒光沿著通常與真皮層平行的纖維結(jié)構(gòu)集中。用碘化丙啶（粉紅色）對(duì)細(xì)胞核進(jìn)行染色顯示探針主要存在于真皮內(nèi)的細(xì)胞外空間中。這些結(jié)果表明，只有同時(shí)包含 LOX 反應(yīng)性探針和醛反應(yīng)性殘基的CMP才能監(jiān)測(cè) LOX 活性，只能與膠原基質(zhì)非共價(jià)相互作用的CMP不會(huì)在組織中持續(xù)存在，缺乏共價(jià)錨定可能促進(jìn)了探針從間隙空間中的洗出和清除。對(duì)不同類(lèi)型膠原蛋白組織的標(biāo)記結(jié)果顯示，該靶向方法對(duì)組織中更活躍的膠原交聯(lián)區(qū)域有更高的選擇性。

由于LOX 表達(dá)和活性在癌癥發(fā)展和進(jìn)展過(guò)程中經(jīng)常增加，而 LOX 酶是有希望的治療靶點(diǎn)，因此作者也嘗試該探針是否可以用于可視化腫瘤組織。他們測(cè)試了探針在活檢樣本中可視化膠原重塑的能力。他們通過(guò)熒光顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，在腫瘤邊緣周?chē)逦梢?jiàn)藍(lán)色熒光。膠原蛋白染色證實(shí)了主要染色可見(jiàn)纖維膠原束在腫瘤邊界區(qū)域，腫瘤附近的皮膚和位于腫瘤中間的基質(zhì)內(nèi)富含膠原蛋白的區(qū)域則沒(méi)有被染色。這一發(fā)現(xiàn)與膠原蛋白重塑主要發(fā)生在腫瘤邊緣的假設(shè)一致。

總得來(lái)說(shuō)，作者開(kāi)發(fā)了一種基于膠原蛋白肽的探針，可以對(duì)LOX介導(dǎo)的組織重塑位點(diǎn)進(jìn)行靶向和成像。該體系可以提高對(duì)活體膠原重構(gòu)的理解，并為纖維化和惡性疾病的診斷提供機(jī)會(huì)。

本文作者：FTY

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